VAKUUMPUMPE UND VERFAHREN ZUM STEUERN DES ABSCHALTENS EINER SOLCHEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe und Verfahren zum Steuern des Abschaltens einer solchen. Die Vakuumpumpe umfasst einen Einlass, der ein Einlassventil aufweist, einen Auslass, einen Rotor, der drehbar in einem Innenraum der Vakuumpumpe angeordnet ist, und eine Antriebseinheit für den Rotor. Eine Drehung des Rotors in einer Förderdrehrichtung bewirkt eine Förderung eines Fluids von dem Einlass zu dem Auslass der Vakuumpumpe.

[0002] In einem Rezipienten einer Vakuumanlage ist meistens ein Vakuum erforderlich, das möglichst frei von Verunreinigungen ist, um Produktions- und/oder Messvorgänge in dem Rezipienten wie gewünscht durchführen zu können. Insbesondere sind Öl und andere Schmiermittel als Verunreinigung im Rezipienten einer Vakuumanlage äußerst unerwünscht, da diese die Produktions- und/oder Messvorgänge empfindlich stören können. Wenn die Vakuumanlage eine Vakuumpumpe mit Ölschmierung enthält, ist es daher erforderlich, dass eine Strömung des Öls in den Rezipienten der Vakuumpumpe hinein stets verhindert wird, und zwar insbesondere beim Abschalten oder bei einem Ausfall oder einer Deaktivierung einer mit Öl geschmierten Vakuumpumpe.

[0003] Zu diesem Zweck weisen bekannte Vakuumpumpen ein Sicherheitsventil im Einlassbereich der Vakuumpumpe auf, das bei einem Abschalten oder einem Ausfall der Vakuumpumpe automatisch geschlossen wird, um die mit Öl geschmierten Bereiche der Vakuumpumpe von stromaufwärts gelegenen Komponenten der Vakuumanlage und insbesondere vom Rezipienten zu trennen. Das Schließen des Sicherheitsventils bewirkt außerdem, dass keine Rückströmung eines mittels der Pumpe zu fördernden Fluids in Richtung des Rezipienten erfolgt und dadurch ein schneller Druckanstieg in dem Rezipienten verhindert wird.

[0004] Bei dem Sicherheitsventil handelt es sich beispielsweise um ein elektrisches, pneumatisches oder hydraulisches Ventil. Alternativ kann ein mit einer Feder vorgespanntes Ventil verwendet werden. Zusätzlich enthalten bekannte Pumpen einen oder mehrere Durchgänge im Bereich des Auslasses. Diese Durchgänge bewirken, dass bei einer beabsichtigten oder unbeabsichtigten Abschaltung der Vakuumpumpe eine ausreichende Menge an Fluid über den Auslass in einen Innenraum der Vakuumpumpe strömt und dadurch eine Drehung des Rotors in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung bewirkt, die für eine Förderung des Fluids vom Einlass zum Auslass der Vakuumpumpe vorgesehen ist. Diese Rückströmung des Fluids über den Auslass in den Innenraum der Vakuumpumpe hängt von dem Druckunterschied zwischen dem Innenraum der Vakuumpumpe und dem Bereich stromabwärts des Auslasses der Vakuumpumpe ab, wobei dieser Druckunterschied vor der Abschaltung der Vakuumpumpe während deren Betrieb erzeugt wird. Die Drehung des Rotors der Vakuumpumpe entgegengesetzt zur Drehrichtung bei Förderung des Fluids bewirkt ein Schließen des Sicherheitsventils der Vakuumpumpe.

[0005] Da die Durchgänge im Bereich des Auslasses der Vakuumpumpe während deren Betrieb typischerweise mit Öl gefüllt sind, müssen die Durchgänge bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe zunächst entleert bzw. von Öl befreit werden, bevor das Fluid in den Innenraum der Vakuumpumpe zurückströmen kann. Folglich hängt die Zeitdauer, die zwischen der Abschaltung der Vakuumpumpe und der Auslösung der Drehung des Rotors in entgegengesetzter Richtung und damit zwischen der Abschaltung der Vakuumpumpe und dem Schließen des Sicherheitsventils vergeht, von der Temperatur und der Viskosität des Öls ab, das zum Schmieren der Vakuumpumpe verwendet wird. Wenn die Vakuumpumpe kalt ist und somit eine niedrigere Öltemperatur vorliegt, weist das Öl eine höhere Viskosität auf. Dadurch wird eine größere Zeitdauer als bei höheren Temperaturen benötigt, um die Durchgänge im Bereich des Auslasses der Vakuumpumpe von Öl zu befreien. Ferner weisen die inneren Elemente der Vakuumpumpe wie etwa der Rotor bei niedrigeren Temperaturen eine höhere viskose Reibung auf, so dass eine größere Druckdifferenz als bei höheren Temperaturen erforderlich ist, um die vorstehend beschriebene Rückwärtsdrehung des Rotors zu bewirken. Insgesamt ist die Zeitdauer zum Schließen des Sicherheitsventils daher bei einer kalten Pumpe bzw. bei niedrigen Temperaturen länger als bei höheren Temperaturen. Die Zeitdauer, die zum Schließen des Sicherheitsventils erforderlich ist, ist somit eine veränderliche Größe, die von der Temperatur der Vakuumpumpe abhängt.

[0006] Aus der DE 10 2013 210 854 A1 sind eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 bekannt.

[0007] Eine Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, eine Vakuumpumpe zu schaffen, deren Einlass bei einer Abschaltung oder Deaktivierung der Vakuumpumpe innerhalb einer möglichst kurzen und vordefinierten Zeitdauer schließbar ist.

[0008] Diese Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Vakuumpumpe umfasst einen Einlass, der ein Einlassventil aufweist, einen Auslass, einen Rotor, der drehbar in einem Innenraum der Vakuumpumpe angeordnet ist, und eine Antriebseinheit für den Rotor. Der Rotor weist eine Förderdrehrichtung auf, und eine Drehung des Rotors in der Förderdrehrichtung bewirkt eine Förderung eines Fluids von dem Einlass zu dem Auslass der Vakuumpumpe. Die Antriebseinheit der Vakuumpumpe ist eingerichtet, den Rotor bei einer Abschaltung oder Deaktivierung der Vakuumpumpe derart entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung zu drehen, dass ein Schließen des Einlassventils unterstützt wird.

[0009] Bei der Vakuumpumpe handelt es sich beispielsweise um eine Drehschieber-, Scroll-, Schrauben- oder Rootspumpe, welche üblicherweise im Grobvakuumbereich eingesetzt wird, d.h. beispielsweise als Vorpumpe einer Turbomolekularpumpe, und welche mit einem Schmiermittel wie etwa Öl geschmiert wird.

[0010] Erfindungsgemäß bewirkt die Antriebseinheit der Vakuumpumpe eine aktive Unterstützung der Drehung des Rotors entgegengesetzt zur Förderdrehrichtung, sobald die Vakuumpumpe abgeschaltet wird oder ausfällt. Durch die Drehung des Rotors entgegengesetzt zur Förderdrehrichtung wird Fluid, das sich zum Zeitpunkt der Abschaltung in dem Innenraum der Vakuumpumpe befindet, komprimiert und zurück in Richtung des Einlassventils transportiert, das durch den Druck des komprimierten Fluids geschlossen wird. Das Einlassventil wirkt daher bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe wie ein Rückschlagventil.

[0011] Es erfolgt somit nicht nur eine passive Auslösung der Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung aufgrund einer Rückströmung des Fluids in den Innenraum der Vakuumpumpe. Stattdessen wird die Drehung des Rotors entgegengesetzt zur Förderdrehrichtung hauptsächlich durch die Antriebseinheit der Vakuumpumpe bewirkt oder zumindest unterstützt.

[0012] Da das Schließen des Einlassventils mittels der Antriebseinheit aktiv unterstützt wird, kann das Einlassventil innerhalb einer kurzen Zeitdauer geschlossen werden, die bestenfalls geringfügig von der Temperatur der Vakuumpumpe bzw. der Viskosität eines Schmiermittels wie etwa Öl in der Vakuumpumpe abhängt. Durch das schnelle Schließen des Einlassventils kann der Unterdruck stromabwärts des Einlassventils der Vakuumpumpe besser aufrechterhalten werden als bei einer längeren Schließzeit. Außerdem kann durch das schnelle Schließen des Einlassventils früher verhindert werden, dass eine Rückströmung eines Schmiermittels wie etwa Öl über den Einlass der Vakuumpumpe hinweg beispielsweise in eine Hochvakuumpumpe und in einen Rezipienten einer Vakuumanlage auftritt.

[0013] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachstehenden Beschreibung und in den Figuren angegeben.

[0014] Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vakuumpumpe ferner eine Auslöseeinrichtung, die eingerichtet ist, die Abschaltung der Vakuumpumpe zu erfassen und mittels der Antriebseinheit die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung auszulösen oder zu bewirken. Die Auslöseeinrichtung kann ferner eingerichtet sein, bei dem Erfassen der Abschaltung der Vakuumpumpe zwischen einer beabsichtigten Abschaltung und einer Notabschaltung oder Deaktivierung zu unterscheiden.

[0015] Wenn die Abschaltung oder Deaktivierung der Vakuumpumpe mittels der Auslöseeinrichtung erfasst wird, kann die Unterstützung des Schließens des Einlassventils zu einem definierten Zeitpunkt beginnen, bei welchem die Auslöseeinrichtung die Abschaltung der Vakuumpumpe anhand eines vorbestimmten Ereignisses erkennt. Ein solches vorbestimmtes Ereignis ist beispielsweise das Verändern einer Schalterstellung der Antriebseinheit der Vakuumpumpe oder eine Unterbrechung der Stromzufuhr für die Vakuumpumpe. Da das Erfassen der Abschaltung der Vakuumpumpe mittels der Auslöseeinrichtung mit definierten Ereignissen verbunden ist, kann bei dieser Ausführungsform ausgeschlossen werden, dass die Antriebseinheit eine unbeabsichtigte Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung bewirkt, wenn in Wirklichkeit keine beabsichtigte oder unbeabsichtigte Abschaltung der Vakuumpumpe erfolgt. Wenn die Auslöseeinrichtung darüber hinaus zwischen einer beabsichtigten Abschaltung und einer Notabschaltung der Vakuumpumpe unterscheiden kann, können mittels der Antriebseinheit unterschiedliche Maßnahmen durchgeführt werden, um jeweils die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung zu bewirken.

[0016] Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit einen Elektromotor zum Antreiben des Rotors. Dem Elektromotor ist ein Frequenzwandler zugeordnet. Bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe kann der Frequenzwandler geeignet gesteuert werden, so dass die Drehrichtung des Elektromotors und damit die Drehrichtung des Rotors der Vakuumpumpe umgekehrt wird. Da die Umkehrung der Drehrichtung des Rotors somit hauptsächlich durch elektrische und/oder elektronische Einrichtungen und nicht primär durch eine Rückströmung innerhalb der Vakuumpumpe bewirkt wird, kann das Schließen des Einlassventils innerhalb einer Zeitdauer erfolgen, die kürzer als bei solchen Vakuumpumpen ist, bei denen keine solche aktive Umkehrung der Drehrichtung des Rotors mittels elektrischer und/oder elektronischer Einrichtungen möglich ist. Ferner kann durch die geeignete Steuerung des Frequenzwandlers die Zeitdauer zum Schließen des Einlassventils definiert festgelegt werden.

[0017] Der Elektromotor umfasst insbesondere Elektromagnete. Es hat sich gezeigt, dass sich die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung mittels eines Elektromotors, Permanentmagnete umfasst, besonders schnell auslösen lässt, so dass ein besonders schnelles Schließen des Einlassventils erfolgen kann, sobald die Vakuumpumpe abgeschaltet wird.

[0018] Der Frequenzwandler kann zumindest einen Kondensator zur Energiespeicherung umfassen. Die Antriebseinheit kann ferner eingerichtet sein, im Falle einer Notabschaltung der Vakuumpumpe den Rotor mittels der in dem Frequenzwandler gespeicherten Energie entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung zu drehen. Dies ermöglicht die vorstehend beschriebene aktive Unterstützung bei dem Schließen des Einlassventils mittels der Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung durch die Antriebseinheit sogar dann, wenn eine Stromzufuhr der Vakuumpumpe unterbrochen ist, beispielsweise bei einem Stromausfall.

[0019] Da die Energie, die in dem Frequenzwandler bzw. in dessen Kondensator gespeichert ist, bei einer Notabschaltung für die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung verwendet wird, verbleibt nach der Abschaltung der Vakuumpumpe keine restliche Energie in dem Frequenzwandler. Dadurch wird die Sicherheit des Betriebs der Vakuumpumpe verbessert, da nach der Abschaltung der Vakuumpumpe insbesondere der Kondensator des Frequenzwandlers entladen ist.

[0020] Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Auslass ein Auslassventil, das mit Durchgängen versehen ist, um eine Rückströmung des Fluids in den Innenraum der Vakuumpumpe zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich können im Bereich des Auslasses Durchgänge durch ein Gehäuse der Vakuumpumpe angeordnet sein, welche einen Außenraum mit dem Innenraum der Vakuumpumpe verbinden. Dadurch kann ebenfalls eine Rückströmung des Fluids in den Innenraum ermöglicht werden.

[0021] Die Rückströmung des Fluids in den Innenraum der Vakuumpumpe tritt bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und dem Außenraum am Auslass der Vakuumpumpe auf. Die Rückströmung unterstützt zusätzlich die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung bei der Abschaltung der Vakuumpumpe. Dadurch wird die Zeitdauer für das Schließen des Einlassventils bei der Abschaltung der Vakuumpumpe weiter verkürzt.

[0022] Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern des Abschaltens einer Vakuumpumpe, wie sie beispielsweise vorstehend beschrieben ist. Die Vakuumpumpe weist einen Einlass mit einem Einlassventil, einen Auslass und einen Rotor mit einer Antriebseinheit auf. Der Rotor ist drehbar in einem Innenraum der Vakuumpumpe angeordnet und weist eine Förderdrehrichtung auf. Eine Drehung des Rotors in der Förderdrehrichtung bewirkt eine Förderung eines Fluids von dem Einlass zu dem Auslass der Vakuumpumpe. Gemäß dem Verfahren wird der Rotor bei einem Abschalten oder einem Deaktivieren der Vakuumpumpe mittels der Antriebseinheit derart entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung gedreht, dass ein Schließen des Einlassventils unterstützt wird.

[0023] Die im Zusammenhang mit der Vakuumpumpe vorstehend beschriebenen Vorteile gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Insbesondere wird gemäß dem Verfahren bei dem Abschalten der Vakuumpumpe mittels der Antriebseinheit eine aktive Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung durchgeführt. Dadurch erfolgt das Schließen des Einlassventils innerhalb einer vordefinierten kurzen Zeitdauer, die bestenfalls geringfügig von Betriebsparametern der Vakuumpumpe abhängt, wie etwa der Temperatur und der Viskosität eines Schmiermittels der Vakuumpumpe.

[0024] Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Abschaltung der Vakuumpumpe mittels einer Auslöseeinrichtung erfasst, welche mittels der Antriebseinheit die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung auslöst. Dabei kann zwischen einer beabsichtigten Abschaltung und einer Notabschaltung oder Deaktivierung unterschieden werden. Das Auslösen der Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung kann somit mit definierten Ereignissen während des Betriebs der Vakuumpumpe verknüpft werden. Bei einer beabsichtigten Abschaltung der Vakuumpumpe, beispielsweise durch Betätigen eines Schalters, kann beispielsweise eine geeignete Ansteuerung der Antriebseinheit der Vakuumpumpe erfolgen, um die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung zu bewirken. Falls die Vakuumpumpe einen Elektromotor mit Frequenzwandler umfasst, kann beispielsweise der Frequenzwandler geeignet gesteuert werden, um die Drehrichtung des Rotors bei der Abschaltung der Vakuumpumpe umzukehren.

[0025] Ferner kann der Rotor im Falle der Notabschaltung der Vakuumpumpe mittels Energie, die in dem Frequenzwandler des Elektromotors der Vakuumpumpe gespeichert ist, entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung gedreht werden. Dadurch ist die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung auch bei einer Notabschaltung möglich, bei der die Stromzufuhr der Vakuumpumpe möglicherweise unterbrochen wird.

[0026] Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Schließen des Einlassventils zusätzlich durch eine Rückströmung des Fluids in den Innenraum der Vakuumpumpe unterstützt. Dabei erfolgt die Rückströmung durch Durchgänge hindurch, die durch ein Auslassventil der Vakuumpumpe oder durch ein Gehäuse der Vakuumpumpe hindurch verlaufen und einen Außenraum mit dem Innenraum der Vakuumpumpe verbinden. Die Rückströmung des Fluids, die bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe auftreten kann, unterstützt somit die Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung. Dadurch kann die Zeitdauer für das Schließen des Einlassventils bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe verkürzt werden.

[0027] Bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe wird ferner vorzugsweise mindestens eine volle Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung ausgeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kompression des Fluids in dem Innenraum der Vakuumpumpe aufgrund der Drehung des Rotors entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung einen ausreichenden Druck zum Schließen des Einlassventils erzeugt.

[0028] Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Vakuumanlage, die eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe umfasst,

Fig. 2

eine detaillierte Ansicht der Vakuumpumpe von Fig. 1.

[0029] In Fig. 1 ist eine Vakuumanlage 11 schematisch dargestellt, die einen Rezipienten 13 umfasst, der mit einer Vakuumpumpe 15 für den Hochvakuumbereich verbunden ist. Die Vakuumpumpe 15 ist beispielsweise als Turbomolekularpumpe ausgebildet.

[0030] Die Vakuumanlage 11 umfasst ferner eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe 17, die als Drehschieberpumpe ausgebildet ist. Die Drehschieberpumpe 17 ist als Vorpumpe mit der Vakuumpumpe 15 für den Hochvakuumbereich verbunden. Die Drehschieberpumpe 17 umfasst einen Rotor 19, der exzentrisch in einem Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17 angeordnet ist.

[0031] Der Rotor 19 weist drei Drehschieber 23 auf, die jeweils in einem Schlitz 25 des Rotors 19 angeordnet sind. Bei einer Drehung des Rotors 19 wird ein zu förderndes Fluid, das über einen Einlass 27 in den Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17 gelangt, zu einem Auslass 29 der Drehschieberpumpe 17 transportiert und dabei komprimiert, da sich das zwischen zwei Drehschiebern 23 eingeschlossene Volumen im Innenraum 21 während der Drehung des Rotors 19 aufgrund dessen exzentrischer Anordnung verkleinert. Die Drehung des Rotors 19 erfolgt im Normalbetrieb der Drehschieberpumpe 17 in einer Förderdrehrichtung 30, die im Beispiel von Fig. 1 als eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn dargestellt ist.

[0032] Die Drehschieberpumpe 17 weist ferner eine Antriebseinheit 31 auf, die einen Elektromotor 33 und eine Steuereinheit 35 für diesen umfasst. Der Elektromotor 33 ist mit dem Rotor 19 verbunden, um diesen anzutreiben. Die Steuereinheit 35 weist einen Frequenzwandler 37 auf, der mit dem Elektromotor 33 verbunden ist. Der Frequenzwandler 37 wiederum umfasst einen Kondensator 38, der zur Speicherung von elektrischer Energie vorgesehen ist.

[0033] Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Drehschieberpumpe 17 eine Auslöseeinrichtung 39 auf, die eingerichtet ist, eine Abschaltung oder Deaktivierung der Drehschieberpumpe 17 zu erfassen. Zu diesem Zweck überwacht die Auslöseeinrichtung 39 einen Schalter und eine Stromversorgung der Drehschieberpumpe 17, welche in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Wird der Schalter von einer Ein-Position in eine Aus-Position umgeschaltet, ermittelt die Auslöseeinrichtung 39, dass eine beabsichtigte Abschaltung der Drehschieberpumpe 17 vorliegt. Wenn hingegen die Stromversorgung der Drehschieberpumpe 17 unterbrochen bzw. deaktiviert ist, obwohl sich der Schalter in der Ein-Position befindet, ermittelt die Auslöseeinrichtung 39, dass eine unbeabsichtigte Abschaltung bzw. eine Notabschaltung der Drehschieberpumpe 17 vorliegt, beispielsweise während eines Stromausfalls. Der Auslöseeinrichtung 39 können zusätzlich oder alternativ jedoch auch Sensoren zugeordnet sein, mit den Betriebszustände der Drehschieberpumpe 17 und/oder weiterer Komponenten der Vakuumanlage 11 überwachbar sind. Beispielsweise kann in dem Rezipienten 13 ein Drucksensor vorhanden sein, dessen Signal von der Auslöseeinrichtung 39 erfasst wird. Wenn der Druck in dem Rezipienten 13, der mit dem Sensor gemessen wird, im Betrieb der Vakuumanlage 11, d.h. nach deren Anpumpen, über einen vorbestimmten Wert ansteigt, beispielsweise aufgrund eines Lecks im Rezipienten 13, kann die Auslöseeinrichtung 39 eine Notabschaltung oder Deaktivierung der Drehschieberpumpe 17 bewirken.

[0034] Fig. 2 zeigt eine detaillierte Ansicht der Drehschieberpumpe 17, die ein Gehäuse 41 aufweist. Das Gehäuse 41 kann auch als ein Statorkörper bezeichnet werden, da es den Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17 umschließt, in welchem der Rotor 19 der Drehschieberpumpe 17 angeordnet ist. Jeweils zwei der drei Drehschieber 23, die in einem jeweiligen Schlitz 25 des Rotors 19 angeordnet sind, begrenzen eine Förderkammer 43 innerhalb des Innenraums 21 der Drehschieberpumpe 17. Über den Einlass 27 gelangt ein zu förderndes Fluid in eine der Förderkammern 43 zwischen zwei Drehschiebern 23 im Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17. Wenn sich der Rotor 19 um eine Drehachse 44, die exzentrisch bezüglich des Gehäuses 41 angeordnet ist, in der Förderdrehrichtung 30 dreht, wird die Förderkammer 43 zwischen dem Einlass 27 und dem Auslass 29 der Drehschieberpumpe 17 sukzessive verkleinert. Dadurch wird das Fluid, das über den Einlass 27 in den Innenraum 21 gelangt, komprimiert und über den Auslass 29 aus der Drehschieberpumpe 17 ausgestoßen.

[0035] Der Einlass 27 der Drehschieberpumpe 17 umfasst einen Einlasskanal 45, über den der Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17 mit einem Auslass der Vakuumpumpe 15 für den Hochvakuumbereich (vgl. Fig. 1) verbunden ist. Ferner umfasst der Einlass 27 ein Einlassventil 47.

[0036] Der Auslass 29 der Drehschieberpumpe 17 umfasst einen entsprechenden Auslasskanal 49 und ein Auslassventil 51, das als flexibles Lamellenventil ausgebildet ist. In dem Auslassventil 51 ist ein Loch 53 vorgesehen, das den Eintritt einer definierten Menge eines Fluids über den Auslasskanal 49 in eine der Förderkammern 43 zulässt. Im Bereich des Auslasses 29 ist ferner eine Schmiermittelkammer 55 vorgesehen, die ein Schmiermittel 57 wie etwa Öl zur Schmierung der Drehschieberpumpe 17 enthält. Durch den Eintritt der definierten Menge eines Fluids durch das Loch 53 des Auslassventils 51 über den Auslasskanal 49 in eine der Förderkammern 43 gelangt das Schmiermittel 57 in den Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17. Dadurch werden die Enden der Drehschieber 23, die an einer Innenwand des Gehäuses 41 anliegen, mittels des Schmiermittels 57 geschmiert. Damit die Enden der Drehschieber 23 an der Innenwand des Gehäuses 41 anliegen, sind die Drehschieber 23 jeweils in den Schlitzen 25 gegen die Innenwand des Gehäuses 41 vorgespannt, beispielsweise mittels Federn, die in den jeweiligen Schlitzen 25 angeordnet sind. Obwohl in Fig. 2 nur ein Auslasskanal 49 in dem Auslass 29 der Drehschieberpumpe 17 dargestellt ist, kann der Auslass 29 bei einer alternativen Ausführungsform mehrere Auslasskanäle 49 aufweisen.

[0037] Wenn die Vakuumanlage 11 (vgl. Fig. 1) in Betrieb ist, um ein Hochvakuum in dem Rezipienten 13 zu erzeugen, sind die Vakuumpumpen 15, 17 eingeschaltet, und der Rotor 19 der Drehschieberpumpe 17 dreht sich in der Förderdrehrichtung 30. Wenn die Auslöseeinrichtung 39 jedoch eine beabsichtigte Abschaltung oder eine Notabschaltung oder Deaktivierung der Drehschieberpumpe 17 erfasst, bewirkt die Auslöseeinrichtung 39, dass der Frequenzwandler 37 in der Steuereinheit 35 derart gesteuert wird, dass sich der Elektromotor 33 und damit auch der Rotor 19 der Drehschieberpumpe 17 in einer Drehrichtung 60 (vgl. Fig. 2) entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung 30 dreht. Durch diese Umkehrung der Drehrichtung des Rotors 19 wird das Fluid in der Förderkammer 43, die mit dem Einlass 27 der Drehschieberpumpe 17 verbunden ist, komprimiert. Dadurch wird eine Kraft auf das Einlassventil 47 ausgeübt, das aufgrund dieser Kraft in eine geschlossene Position übergeht.

[0038] Bei einer Abschaltung der Drehschieberpumpe 17 unterstützt somit die Drehung des Rotors 19 in der Drehrichtung 60 entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung 30 das Schließen des Einlassventils 47. Dadurch wird verhindert, dass das Schmiermittel 57 aus dem Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17 in den Bereich der Vakuumpumpe 15 und über diese in den Rezipienten 13 gelangen kann. Außerdem verhindert das Schließen des Einlassventils 47 eine Rückströmung des Fluids in den Rezipienten 13, so dass das Vakuum in diesem zumindest für einen gewissen Zeitraum aufrechterhalten werden kann.

[0039] Da das Loch 53 (vgl. Fig. 2) in dem Auslassventil 51 die Rückströmung einer definierten Menge des Fluids in den Innenraum 21 der Drehschieberpumpe 17 hinein zulässt, unterstützt diese Rückströmung über das Auslassventil 51 die Drehung des Rotors 19 in der Drehrichtung 60 bei einer Abschaltung oder Deaktivierung der Drehschieberpumpe 17, da das zurückströmende Fluid den Druck in der Förderkammer 43 erhöht, die momentan mit dem Auslasskanal 49 verbunden ist. Das Schließen des Einlassventils 47 erfolgt jedoch hauptsächlich durch die aktive Änderung der Drehrichtung des Rotors 19 von der Förderdrehrichtung 30 in die entgegengesetzte Drehrichtung 60 aufgrund der Steuerung des Frequenzwandlers 37, sobald die Auslöseeinrichtung 39 eine Abschaltung oder Deaktivierung der Drehschieberpumpe 17 erfasst.

[0040] Während des normalen Betriebs der Drehschieberpumpe 17, d.h. bei einer Drehung des Rotors 19 in der Förderdrehrichtung 30, wird der Kondensator 38 in dem Frequenzwandler 37 zur Speicherung elektrischer Energie aufgeladen. Sobald die Auslöseeinrichtung 39 eine unbeabsichtigte Abschaltung bzw. Notabschaltung oder Deaktivierung der Drehschieberpumpe 17 erfasst, wird die in dem Kondensator 38 gespeicherte Energie verwendet, um den Elektromotor 33 und damit auch den Rotor 19 der Drehschieberpumpe 17 in der Drehrichtung 60 entgegengesetzt zur Förderdrehrichtung 30 zu drehen. Dadurch ist es möglich, das Einlassventil 47 auch dann schnell zu schließen, wenn aufgrund der Notabschaltung keine Stromversorgung für die Drehschieberpumpe 17 zur Verfügung steht. Da der Rotor 19 bei einer Abschaltung oder Deaktivierung der Drehschieberpumpe 17 stets auf aktive Weise mittels der Steuerung des Frequenzwandlers 37 in der Drehrichtung 60 gedreht wird, und zwar auch bei einer Notabschaltung, bei der die Stromversorgung der Drehschieberpumpe 17 unterbrochen wird, wird das Einlassventil 47 der Drehschieberpumpe 17 bei der Abschaltung oder Deaktivierung stets innerhalb einer kurzen vordefinierten Zeitdauer geschlossen.

Bezuqszeichenliste

[0041] 

11

Vakuumanlage

13

Rezipient

15

Vakuumpumpe für den Hochvakuumbereich

17

Drehschieberpumpe

19

Rotor

21

Innenraum

23

Drehschieber

25

Schlitz

27

Einlass

29

Auslass

30

Förderdrehrichtung

31

Antriebseinheit

33

Elektromotor

35

Steuereinheit

37

Frequenzwandler

38

Kondensator

39

Auslöseeinrichtung

41

Gehäuse

43

Förderkammer

44

Drehachse

45

Einlasskanal

47

Einlassventil

49

Auslasskanal

51

Auslassventil

53

Loch

55

Schmiermittelkammer

57

Schmiermittel

60

Drehrichtung entgegengesetzt zur Förderdrehrichtung

Ansprüche

1. Vakuumpumpe (17) mit

einem Einlass (27), der ein Einlassventil (47) aufweist,

einem Auslass (29),

einem Rotor (19), der drehbar in einem Innenraum (21) der Vakuumpumpe (17) angeordnet ist, und

einer Antriebseinheit (31) für den Rotor (19),

wobei der Rotor (19) eine Förderdrehrichtung (30) aufweist und eine Drehung des Rotors (19) in der Förderdrehrichtung (30) eine Förderung eines Fluids von dem Einlass (27) zu dem Auslass (29) der Vakuumpumpe (17) bewirkt,

dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebseinheit (31) eingerichtet ist, den Rotor (19) bei einer Abschaltung oder Deaktivierung der Vakuumpumpe (17) derart entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung (30) zu drehen, dass ein Schließen des Einlassventils (47) unterstützt wird.

2. Vakuumpumpe (17) nach Anspruch 1,
ferner eine Auslöseeinrichtung (39) umfassend, die eingerichtet ist, die Abschaltung der Vakuumpumpe (17) zu erfassen und mittels der Antriebseinheit (31) die Drehung des Rotors (19) entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung (30) auszulösen.

3. Vakuumpumpe (17) nach Anspruch 2,
wobei die Auslöseeinrichtung (39) ferner eingerichtet ist, bei dem Erfassen der Abschaltung der Vakuumpumpe (17) zwischen einer beabsichtigten Abschaltung und einer Notabschaltung oder Deaktivierung zu unterscheiden.

4. Vakuumpumpe (17) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Antriebseinheit (31) einen Elektromotor (33) zum Antreiben des Rotors (19) umfasst, dem ein Frequenzwandler (37) zugeordnet ist.

5. Vakuumpumpe (17) nach Anspruch 4,
wobei der Elektromotor (33) Permanentmagnete umfasst.

6. Vakuumpumpe (17) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei der Frequenzwandler (37) zumindest einen Kondensator (38) zur Energiespeicherung umfasst.

7. Vakuumpumpe (17) nach Anspruch 6,
wobei die Antriebseinheit (31) ferner eingerichtet ist, im Falle einer Notabschaltung der Vakuumpumpe (17) den Rotor (19) mittels der in dem Frequenzwandler (37) gespeicherten Energie entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung (30) zu drehen.

8. Vakuumpumpe (17) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Auslass (29) ein Auslassventil (51) umfasst, das mit Durchgängen versehen ist, um eine Rückströmung des Fluids in den Innenraum (21) der Vakuumpumpe (17) zu ermöglichen.

9. Vakuumpumpe (17) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei im Bereich des Auslasses (29) Durchgänge durch ein Gehäuse (41) der Vakuumpumpe (17) angeordnet sind, welche einen Außenraum mit dem Innenraum (21) der Vakuumpumpe (17) verbinden.

10. Verfahren zum Steuern des Abschaltens einer Vakuumpumpe (17), die eiRotor (19) mit einer Antriebseinheit (31) aufweist, der drehbar in einem Innenraum (21) der Vakuumpumpe (17) angeordnet ist, wobei der Rotor (19) eine Förderdrehrichtung (30) aufweist und eine Drehung des Rotors (19) in der Förderdrehrichtung (30) eine Förderung eines Fluids von dem Einlass (27) zu dem Auslass (29) der Vakuumpumpe (17) bewirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren umfasst, dass der Rotor (19) bei einem Abschalten oder einem Deaktivieren der Vakuumpumpe (17) mittels der Antriebseinheit (31) derart entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung (30) gedreht wird, dass ein Schließen des Einlassventils (47) unterstützt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei die Abschaltung der Vakuumpumpe (17) mittels einer Auslöseeinrichtung (39) erfasst wird, welche mittels der Antriebseinheit (31) die Drehung des Rotors (19) entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung (30) auslöst.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei bei dem Erfassen der Abschaltung der Vakuumpumpe (17) mittels der Auslöseeinrichtung (39) zwischen einer beabsichtigten Abschaltung und einer Notabschaltung oder Deaktivierung unterschieden wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,
wobei der Rotor (19) im Falle der Notabschaltung oder Deaktivierung der Vakuumpumpe (17) mittels Energie, die in einem Frequenzwandler (37) eines Elektromotors (33) der Vakuumpumpe (17) gespeichert ist, entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung (30) gedreht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei das Schließen des Einlassventils (47) zusätzlich durch eine Rückströmung des Fluids in den Innenraum (21) der Vakuumpumpe (17) unterstützt wird, wobei die Rückströmung durch Durchgänge (53) hindurch erfolgt, die durch ein Auslassventil (51) der Vakuumpumpe (17) oder durch ein Gehäuse der Vakuumpumpe (17) hindurch verlaufen und einen Außenraum mit dem Innenraum (21) der Vakuumpumpe (17) verbinden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
wobei bei einer Abschaltung der Vakuumpumpe (17) mindestens eine volle Drehung des Rotors (19) entgegengesetzt zu der Förderdrehrichtung (30) ausgeführt wird.

Claims

1. A vacuum pump (17) comprising

an inlet (27) which has an inlet valve (47);

an outlet (29);

a rotor (19) which is rotatably arranged in an inner space (21) of the vacuum pump (17); and

a drive unit (31) for the rotor (19),

wherein the rotor (19) has a conveying direction of rotation (30) and a rotation of the rotor (19) in the conveying direction of rotation (30) effects a conveying of a fluid from the inlet (27) to the outlet (29) of the vacuum pump (17),

characterized in that
the drive unit (31) is configured to rotate the rotor (19) oppositely to the conveying direction of rotation (30) on a shutdown or deactivation of the vacuum pump (17) such that a closing of the inlet valve (47) is supported.

2. A vacuum pump (17) in accordance with claim 1,
further comprising a triggering device (39) which is configured to detect the shutdown of the vacuum pump (17) and to trigger the rotation of the rotor (19) oppositely to the conveying direction of rotation (30) by means of the drive unit (31).

3. A vacuum pump (17) in accordance with claim 2,
wherein the triggering device (39) is further configured, on the detection of the shutdown of the vacuum pump (17), to distinguish between an intended shutdown and an emergency shutdown or deactivation.

4. A vacuum pump in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the drive unit (31) comprises an electric motor (33) for driving the rotor (19), with a frequency converter (37) being associated with said electric motor (33).

5. A vacuum pump (17) in accordance with claim 4,
wherein the electric motor (33) comprises permanent magnets.

6. A vacuum pump (17) in accordance with claim 4 or claim 5,
wherein the frequency converter (37) comprises at least one capacitor (38) for storing energy.

7. A vacuum pump (17) in accordance with claim 6,
wherein the drive unit (31) is further configured, in the event of an emergency shutdown of the vacuum pump (17), to rotate the rotor (19) oppositely to the conveying direction of rotation (30) by means of the energy stored in the frequency converter (37).

8. A vacuum pump in accordance with any one of the preceding claims,
wherein the outlet (29) comprises an outlet valve (51) which is provided with passages to enable a backflow of the fluid into the inner space (21) of the vacuum pump (17).

9. A vacuum pump in accordance with any one of the preceding claims,
wherein passages through a housing (41) of the vacuum pump (17) are arranged in the region of the outlet (29), said passages connecting an outer space to the inner space (21) of the vacuum pump (17).

10. A method of controlling the shutdown of a vacuum pump (17) which has an inlet (27) having an inlet valve (47), an outlet (29), and a rotor (19) which has a drive unit (31) and which is rotatably arranged in an inner space (21) of the vacuum pump (17), wherein the rotor (19) has a conveying direction of rotation (30) and a rotation of the rotor (19) in the conveying direction of rotation (30) effects a conveying of a fluid from the inlet (27) to the outlet (29) of the vacuum pump (17),
characterized in that
the method comprises the rotor (19) being rotated oppositely to the conveying direction of rotation (30) by means of the drive unit (31) on a shutdown or a deactivation of the vacuum pump (17) such that a closing of the inlet valve (47) is supported.

11. A method in accordance with claim 10,
wherein the shutdown of the vacuum pump (17) is detected by means of a triggering device (39) which triggers the rotation of the rotor (19) oppositely to the conveying direction of rotation (30) by means of the drive unit (31).

12. A method in accordance with claim 11,
wherein, on the detection of the shutdown of the vacuum pump (17), a distinction is made by means of the triggering device (39) between an intended shutdown and an emergency shutdown or deactivation.

13. A method in accordance with claim 12,
wherein, in the event of the emergency shutdown or deactivation of the vacuum pump (17), the rotor (19) is rotated oppositely to the conveying direction of rotation (30) by means of energy which is stored in a frequency converter (37) of an electric motor (33) of the vacuum pump (17).

14. A method in accordance with any one of the claims 10 to 13,
wherein the closing of the inlet valve (47) is additionally supported by a backflow of the fluid into the inner space (21) of the vacuum pump (17), wherein the backflow takes place through passages (53) which extend through an outlet valve (51) of the vacuum pump (17) or through a housing of the vacuum pump (17) and which connect an outer space to the inner space (21) of the vacuum pump (17).

15. A method in accordance with any one of the claims 10 to 14,
wherein at least one full rotation of the rotor (19) is performed oppositely to the conveying direction of rotation (30) on a shutdown of the vacuum pump (12).

Revendications

1. Pompe à vide (17), comportant

une entrée (27) pourvue d'une vanne d'entrée (47),

une sortie (29),

un rotor (19) disposé de façon mobile en rotation dans un espace intérieur (21) de la pompe à vide (17), et

une unité d'entraînement (31) pour le rotor (19),

le rotor (19) présentant une direction de rotation de transport (30), et une rotation du rotor (19) dans la direction de rotation de transport (30) provoquant le transport d'un fluide de l'entrée (27) à la sortie (29) de la pompe à vide (17),

caractérisée en ce que

l'unité d'entraînement (31) est conçue pour faire tourner le rotor (19) dans le sens opposé à la direction de rotation de transport (30), lors d'une coupure ou d'une désactivation de la pompe à vide (17), de telle sorte que la fermeture de la vanne d'entrée (47) soit assistée.

2. Pompe à vide (17) selon la revendication 1,
comprenant en outre un dispositif de déclenchement (39) qui est conçu pour détecter la coupure de la pompe à vide (17) et pour déclencher, au moyen de l'unité d'entraînement (31), la rotation du rotor (19) en sens opposé à la direction de rotation de transport (30).

3. Pompe à vide (17) selon la revendication 2,
dans laquelle le dispositif de déclenchement (39) est en outre conçu pour distinguer entre une coupure intentionnelle et une coupure ou désactivation d'urgence, lors de la détection de la coupure de la pompe à vide (17).

4. Pompe à vide (17) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'unité d'entraînement (31) comprend un moteur électrique (33) pour entraîner le rotor (19), auquel est associé un convertisseur de fréquence (37).

5. Pompe à vide (17) selon la revendication 4,
dans laquelle le moteur électrique (33) comprend des aimants permanents.

6. Pompe à vide (17) selon la revendication 4 ou 5,
dans laquelle le convertisseur de fréquence (37) comprend au moins un condensateur (38) pour le stockage d'énergie.

7. Pompe à vide (17) selon la revendication 6,
dans laquelle l'unité d'entraînement (31) est en outre conçue pour faire tourner le rotor (19) dans le sens opposé à la direction de rotation de transport (30) au moyen de l'énergie stockée dans le convertisseur de fréquence (37), dans le cas d'une coupure d'urgence de la pompe à vide (17).

8. Pompe à vide (17) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la sortie (29) comprend une vanne de sortie (51) munie de passages pour permettre au fluide de retourner dans l'espace intérieur (21) de la pompe à vide (17).

9. Pompe à vide (17) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle des passages à travers un boîtier (41) de la pompe à vide (17) sont disposés dans la zone de la sortie (29), qui relient un espace extérieur à l'espace intérieur (21) de la pompe à vide (17).

10. Procédé de commande de la coupure d'une pompe à vide (17) présentant une entrée (27) pourvue d'une vanne d'entrée (47), une sortie (29) et un rotor (19) pourvu d'une unité d'entraînement (31) et disposé de manière mobile en rotation dans un espace intérieur (21) de la pompe à vide (17), le rotor (19) présentant une direction de rotation de transport (30), et la rotation du rotor (19) dans la direction de rotation de transport (30) provoquant le transport d'un fluide de l'entrée (27) à la sortie (29) de la pompe à vide (17), caractérisé en ce que
le procédé inclut que, lors d'une coupure ou d'une désactivation de la pompe à vide, le rotor (19) est mis en rotation en sens opposé à la direction de rotation de transport (30) au moyen de l'unité d'entraînement (31), de telle sorte que la fermeture de la vanne d'entrée (47) soit assistée.

11. Procédé selon la revendication 10,
dans lequel la coupure de la pompe à vide (17) est détectée au moyen d'un dispositif de déclenchement (39) qui déclenche la rotation du rotor (19) en sens opposé à la direction de rotation de transport (30) au moyen de l'unité d'entraînement (31).

12. Procédé selon la revendication 11,
dans lequel, lors de la détection de la coupure de la pompe à vide (17) au moyen du dispositif de déclenchement (39), on fait la distinction entre une coupure intentionnelle et une coupure ou désactivation d'urgence.

13. Procédé selon la revendication 12,
dans lequel, en cas de coupure ou désactivation d'urgence de la pompe à vide (17), le rotor (19) est mis en rotation en sens opposé à la direction de rotation de transport (30) au moyen de l'énergie stockée dans un convertisseur de fréquence (37) d'un moteur électrique (33) de la pompe à vide (17).

14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13,
dans lequel la fermeture de la vanne d'entrée (47) est en outre assistée par un retour du flux de fluide dans l'espace intérieur (21) de la pompe à vide (17), le retour de fluide ayant lieu à travers des passages (53) qui traversent une vanne de sortie (51) de la pompe à vide (17) ou un boîtier de la pompe à vide (17) et qui relient un espace extérieur à l'espace intérieur (21) de la pompe à vide (17).

15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 14,
dans lequel, lors d'une coupure de la pompe à vide (17), au moins un tour complet du rotor (19) se fait en sens opposé à la direction de rotation de transport (30).

Zeichnung